अॅल्युमिनियम नायट्राइड (AlN) प्रथम 1877 मध्ये संश्लेषित केले गेले, परंतु मायक्रोइलेक्ट्रॉनिकमध्ये त्याच्या संभाव्य वापरामुळे 1980 च्या दशकाच्या मध्यापर्यंत उच्च-गुणवत्तेच्या, व्यावसायिकदृष्ट्या व्यवहार्य सामग्रीच्या विकासास चालना मिळाली नाही.

AIN हे अॅल्युमिनियम नायट्रेटचे स्वरूप आहे. अॅल्युमिनियम नायट्राइड अॅल्युमिनियम नायट्रेटपेक्षा वेगळे आहे कारण ते -3 च्या विशिष्ट ऑक्सिडेशन स्थितीसह नायट्रोजन संयुग आहे, तर नायट्रेट नायट्रिक ऍसिडच्या कोणत्याही एस्टर किंवा मीठाचा संदर्भ देते. या सामग्रीची स्फटिक रचना हेक्सागोनल व्हर्टझाइट आहे.

AIN चे संश्लेषण

अल्युमिनाच्या कार्बोथर्मल कपात किंवा अॅल्युमिनियमच्या थेट नायट्रिडेशनद्वारे AlN तयार केले जाते. त्याची घनता 3.33 g/cm3 आहे आणि वितळत नसतानाही, 2500 °C पेक्षा जास्त तापमानात आणि वातावरणाच्या दाबाने विरघळते. द्रव बनवणार्‍या ऍडिटीव्हच्या सहाय्याशिवाय, सामग्री सहसंयोजितपणे जोडलेली असते आणि सिंटरिंगला प्रतिरोधक असते. सामान्यतः, Y2O3 किंवा CaO सारखे ऑक्साइड 1600 आणि 1900 अंश सेल्सिअस तापमानात सिंटरिंगला परवानगी देतात.

कोल्ड आयसोस्टॅटिक प्रेसिंग, सिरेमिक इंजेक्शन मोल्डिंग, लो-प्रेशर इंजेक्शन मोल्डिंग, टेप कास्टिंग, अचूक मशीनिंग आणि ड्राय प्रेसिंगसह अॅल्युमिनियम नायट्राइडचे बनलेले भाग विविध पद्धतींद्वारे तयार केले जाऊ शकतात.

महत्वाची वैशिष्टे

AlN बहुतेक वितळलेल्या धातूंसाठी अभेद्य आहे, ज्यात अॅल्युमिनियम, लिथियम आणि तांबे यांचा समावेश आहे. क्लोराईड आणि क्रायोलाइटसह बहुतेक वितळलेल्या क्षारांसाठी ते अभेद्य आहे.

अॅल्युमिनियम नायट्राइडमध्ये उच्च थर्मल चालकता (170 W/mk, 200 W/mk, आणि 230 W/mk) तसेच उच्च आवाज प्रतिरोधकता आणि डायलेक्ट्रिक सामर्थ्य असते.

पाणी किंवा आर्द्रतेच्या संपर्कात आल्यावर ते पावडरच्या स्वरूपात हायड्रोलिसिससाठी संवेदनाक्षम आहे. याव्यतिरिक्त, ऍसिड आणि अल्कली अॅल्युमिनियम नायट्राइडवर हल्ला करतात.

ही सामग्री विजेसाठी इन्सुलेटर आहे. डोपिंग सामग्रीची विद्युत चालकता वाढवते. एआयएन पीझोइलेक्ट्रिक गुणधर्म प्रदर्शित करते.

अर्ज

मायक्रोइलेक्ट्रॉनिक

AlN चे सर्वात उल्लेखनीय वैशिष्ट्य म्हणजे त्याची उच्च थर्मल चालकता, जी सिरेमिक सामग्रीमध्ये बेरिलियम नंतर दुसऱ्या क्रमांकावर आहे. 200 अंश सेल्सिअसपेक्षा कमी तापमानात, त्याची थर्मल चालकता तांबेपेक्षा जास्त असते. उच्च चालकता, व्हॉल्यूम प्रतिरोधकता आणि डायलेक्ट्रिक सामर्थ्याचे हे संयोजन उच्च-शक्ती किंवा उच्च-घनतेच्या मायक्रोइलेक्ट्रॉनिक घटक असेंब्लीसाठी सब्सट्रेट्स आणि पॅकेजिंग म्हणून त्याचा वापर करण्यास सक्षम करते. ओमिक हानीमुळे निर्माण होणारी उष्णता नष्ट करणे आणि घटक त्यांच्या ऑपरेटिंग तापमान श्रेणीमध्ये राखणे ही एक मर्यादित घटक आहे जी इलेक्ट्रॉनिक घटकांच्या पॅकिंगची घनता निर्धारित करते. AlN सब्सट्रेट्स पारंपारिक आणि इतर सिरेमिक सब्सट्रेट्सपेक्षा अधिक प्रभावी कूलिंग प्रदान करतात, म्हणूनच ते चिप वाहक आणि उष्णता सिंक म्हणून वापरले जातात.

मोबाइल संप्रेषण उपकरणांसाठी आरएफ फिल्टरमध्ये अॅल्युमिनियम नायट्राइड व्यापक व्यावसायिक अनुप्रयोग शोधते. अॅल्युमिनियम नायट्राइडचा एक थर धातूच्या दोन थरांमध्ये असतो. व्यावसायिक क्षेत्रातील सामान्य अनुप्रयोगांमध्ये लेझर, चिपलेट्स, कोलेट्स, इलेक्ट्रिकल इन्सुलेटर, सेमीकंडक्टर प्रोसेसिंग उपकरणांमधील क्लॅम्प रिंग आणि मायक्रोवेव्ह डिव्हाइस पॅकेजिंगमधील इलेक्ट्रिकल इन्सुलेशन आणि उष्णता व्यवस्थापन घटकांचा समावेश होतो.

इतर अनुप्रयोग

AlN च्या खर्चामुळे, त्याचे अनुप्रयोग ऐतिहासिकदृष्ट्या लष्करी वैमानिक आणि वाहतूक क्षेत्रांपुरते मर्यादित आहेत. तथापि, सामग्रीचा विस्तृतपणे अभ्यास केला गेला आहे आणि विविध क्षेत्रांमध्ये त्याचा वापर केला गेला आहे. त्याचे फायदेशीर गुणधर्म हे अनेक महत्त्वाच्या औद्योगिक अनुप्रयोगांसाठी योग्य बनवतात.

AlN च्या औद्योगिक ऍप्लिकेशन्समध्ये आक्रमक वितळलेले धातू आणि कार्यक्षम उष्णता विनिमय प्रणाली हाताळण्यासाठी रीफ्रॅक्टरी कंपोझिट्स समाविष्ट आहेत.

ही सामग्री गॅलियम आर्सेनाइड क्रिस्टल्सच्या वाढीसाठी क्रूसिबल तयार करण्यासाठी वापरली जाते आणि स्टील आणि सेमीकंडक्टरच्या उत्पादनात देखील वापरली जाते.

अॅल्युमिनियम नायट्राइडच्या इतर प्रस्तावित वापरांमध्ये विषारी वायूंसाठी रासायनिक सेन्सरचा समावेश होतो. या उपकरणांमध्ये वापरण्यासाठी अर्ध-एक-आयामी नॅनोट्यूब तयार करण्यासाठी AIN नॅनोट्यूबचा वापर करणे हा संशोधनाचा विषय आहे. गेल्या दोन दशकांमध्ये, अल्ट्राव्हायोलेट स्पेक्ट्रममध्ये कार्यरत प्रकाश-उत्सर्जक डायोड्सची देखील तपासणी केली गेली आहे. पृष्ठभागाच्या ध्वनिक लहरी सेन्सर्समध्ये पातळ-फिल्म AIN च्या अनुप्रयोगाचे मूल्यांकन केले गेले आहे.